DE3917173A1 - Waermetauscher - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher
insbesondere zur Verwendung als Verdampfer in
Fahrzeugklimaanlagen, als Radiator für die industrielle
Verwendung oder als Ölkühler. Insbesondere betrifft die
Erfindung einen Wärmetauscher mit einem Kern und mit
Kopfstücken, wobei der Kern eine Vielzahl von Rohrelementen
und dazwischen angeordnete, gewellte Rippen aufweist und
die Kopfstücke an den Enden des Kerns zur Einleitung und
zum Herausleiten des Kühlmediums aus dem Kern angeordnet
sind.
Um bekannte Wärmetauscher dieses Typs zu beschreiben, wird
auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. Diese
bekannten Wärmetauscher haben einen Kern (114) und
Kopfstücke (100), die an den jeweiligen Enden, wie in Figur
(10) dargestellt, angeordnet sind. Das Beispiel eines
Kopfstückes (100) ist in Fig. 9 gezeigt. Der Kern (114)
weist Rohrelemente (110) auf, welche mit Kästen (111) an
einem Ende versehen sind. Zwischen den Rohrelementen (110)
sind gewellte Rippen (113) angebracht. Eines der Kopfstücke
(110) dient der Zufuhr des Kühlmediums in den Kern (114),
während das andere Kopfstück für die Herausführung des
Kühlmediums nach der Zirkulation durch den Kern (114)
bestimmt ist.
Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, ist das Kopfstück (100)
aus einem Rohr mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Es
hat einen flachen Körperabschnitt (102) und einen
zylindrischen Kopfabschnitt (101). Die Bezugsziffer (103)
bezeichnet eine Öffnung, über die das Kopfstück (100) mit
dem Kasten (111) verbunden ist. An den zylindrischen
Kopfabschnitten (101) sind jeweils ein Einlaßrohr (nicht
gezeigt) bzw. ein Auslaßrohr (nicht gezeigt) angebracht. In
Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer (112) eine
Seitenplatte, die an der außenliegenden Rippe (113)
befestigt ist, um den Kern (114) des Wärmetauschers zu
verstärken.
Ein Nachteil dieser bekannten Wärmetauscher beruht in der
vorbeschriebenen Konstruktion der Kopfstücke (100). Wie
insbesondere aus Fig. 10 zu ersehen ist, steht der
zylindrische Kopfabschnitt (101) über die Seitenwandung des
Körperabschnittes (102) um einen Betrag (l) vor, wodurch
ein toter Raum entlang der Seitenplatte (112) entsteht.
Hierdurch ist ein größeres Gehäuse (nicht dargestellt)
notwendig, um den Kern (114) des Wärmetauschers
aufzunehmen. Entsprechend ist der Raumaufwand für die
Installation des Wärmetauschers. Außerdem erhöht das große
Gehäuse die Produktionskosten. Der größere Raumaufwand für
die Installation begrenzt die Anwendung des Wärmetauschers.
In der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
(ungeprüft) 61-1 69 364 ist eine Lösung offenbart, die lehrt,
daß die Kopfstücke innerhalb des Kerns des Wärmetauschers
angeordnet werden. Dieser Vorschlag kompliziert jedoch die
Herstellung und hat deshalb entsprechende Auswirkungen auf
die Produktionskosten.
Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Wärmetauscher bereitzustellen, dessen Kern
von einem kompakteren Gehäuse umhüllt werden kann und der
dennoch einfach herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Kopfstücke jeweils einen flachen Körperabschnitt und einen
runden Kopfabschnitt aufweisen, der derart exzentrisch zu
dem Körperabschnitt liegt, daß die Kopfstücke an den Ecken
des Kerns liegen, ohne daß deren Teile über die äußere
Umgrenzung des Wärmetauschers vorstehen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung sind
den Unteransprüchen zu entnehmen.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines
Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des
Kern eines Wärmetauschers und eines
daran anzubringenden Kopfstückes in
Explosionsdarstellung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die
Verbindung zwischen Kopfstück und
Kern des Wärmetauschers von vorn;
Fig. 3 eine Ansicht insbesondere der
Anbringung des Kopfstückes an den
Kern des Wärmetauschers;
Fig. 4 einen Querschnitt im vergrößerten
Maßstab entlang der Linie IV-IV in
Fig. 3;
Fig. 5 eine Darstellung des
Herstellungsvorgangs für das
Kopfstück;
Fig. 6 eine Gesamtdarstellung des
Wärmetauschers mit
Teilquerschnitten;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der
gehälfteten Plattenglieder, die
ein Rohrelement bilden;
Fig. 8 einen Querschnitt durch
Rohrelemente;
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung
eines bekannten Kopfstückes und
Fig. 10 eine Seitenansicht der Verbindung
dieses Kopfstückes und des Kerns
des Wärmetauschers mit
Teilquerschnitten.
Die vorliegende Erfindung kann für verschiedene Zwecke
verwendet werden. Die dargestellte Ausführung ist ein
Beispiel für die Verwendung als Verdampfer in einer
Klimaanlage für ein Automobil.
Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, weist der Wärmetauscher
einen Kern (3) mit einer Vielzahl von Rohrelementen (1)
sowie gewellte Rippen (2) auf, die zwischen den
Rohrelementen (1) eingeschlossen sind. Der Kern (3) ist auf
beiden Seiten mittels Seitenplatten (6) verstärkt. Diese
definieren die äußere Begrenzung des Wärmetauschers.
An der rechten Ecke des Kerns (3) und zwar an dem rechts
außen liegenden Rohrelement (1 A), ist ein Einlaßkopfstück
angebracht. Entsprechend ist an der linken Ecke des Kerns
(3), und zwar an dem links außen liegenden Rohrelement
(1 B), ein Auslaßkopfstück (5) befestigt. Die Rohrelemente
(1), die gewellten Rippen (2) und die Kopfstücke (4, 5)
sowie die Seitenplatten (6) sind in einem Lötofen
untereinander verlötet worden.
Fig. 7 zeigt eine Hälfte eines schalenförmig
ausgebildeten Rohrelements (1 a), welches mit einem
Einlaßkasten (7), der eine Einlaßöffnung (10) aufweist, und
mit einem Auslaßkasten (8) ausgestattet ist, welcher eine
Auslaßöffnung (11) hat. Die gehälfteten Rohrelemente (1 a)
sind untereinander an ihren Rändern (1 b) verlötet und
bilden auf diese Weise ein Rohrelement (1) mit einem
Kühlmediumweg (9). Der Pfeil R 1 zeigt den Kühlmediumstrom,
wie er entlang des Kühlmediumweges (9) fließt. Das
Kühlmedium tritt durch die Einlaßöffnung (10) ein und wird
über die Auslaßöffnung (11) wieder herausgeführt.
Die halben Rohrelemente (1 a) werden durch Pressen eines
lötbaren Bleches hergestellt, das ein Kernblech hat,
welches in einer Lötsubstanz plattiert worden ist. Der
Kühlmediumweg (9) hat auf Grund eines Trennsteges (1 c)
einen U-förmigen Verlauf. Zusätzlich sind eine Anzahl von
Vorsprüngen (1 d) vorgesehen, die dazu bestimmt sind, die
Strömung des Kühlmediums zu verwirbeln, um damit die
Wärmeübertragung zu verbessern.
Jede der gewellten Rippen (2) ist so breit wie ein
Rohrelement (1) und mit den benachbarten Rohrelementen (1)
verlötet. Die gewellten Rippen (2) sind vorzugsweise mit
Rasterungen an ihren 0berflächen versehen.
In den Fig. 1 bis 4 ist die Befestigung des
Auslaßkopfstückes (5) an der linken Ecke des Kerns (3)
dargestellt. Das Auslaßkopfstück (5) hat einen
Körperabschnitt (5 a) mit einer Öffnung (5 d) und einem
Kopfabschnitt (5 b), der exzentrisch zu dem Körperabschnitt
(5 a) liegt. Der Körperabschnitt (5 a) hat einen rechteckigen
Querschnitt und der Kopfabschnitt (5 b) einen kreisförmigen
Querschnitt. Das Auslaßkopfstück (5) ist in dem Freiraum
oberhalb der Seitenplatte (6) in der Weise angeordnet, daß
der kreisförmige Kopfabschnitt (5 b) nicht über die
Flachseite (5 c) des Körperabschnittes (5 a) vorsteht. Die
Flachseite (5 c) liegt bündig mit der Seitenplatte (6). Die
Öffnung (5 b) nimmt einen Flansch auf, der die Auslaßöffnung
(11) umgibt. Das gegenüberliegende Ende des Kopfabschnittes
(5 b) ist durch einen Deckel (5 e) verschlossen.
An Hand der Fig. 5 wird das Verfahren zur Herstellung
des Einlaßkopfstückes (4) und des Auslaßkopfstückes (5)
beschrieben. Zunächst wird ein Rohr (5 g) mit rechteckigem
Querschnitt hergestellt. Wie zu sehen ist, hat das Rohr
(5 g) einen dicken Wandabschnitt (5 f). Dieser dicke
Wandabschnitt (5 f) wird durch Einwirkung einer Presse
derart expandiert, daß er in den zylindrischen
Kopfabschnitt (5 b) mit überall gleicher Wanddicke umgeformt
wird. Dieser Kopfabschnitt (5 b) liegt exzentrisch zu der
Achse des Körperabschnittes (5 a), so daß der Kopfabschnitt
(5 e) zum Kern (3) hin vorspringt. Um das Rohr (5 g) zu
erhalten, besteht die Möglichkeit, es zu extrudieren oder
dergleichen, oder durch ein elektrisches
Nahtschweißverfahren herzustellen. Eine weitere Alternative
besteht darin, ein mittels Schmieden tiefgezogenes Rohr zu
verwenden. Ein solches Rohr hat den Vorteil, daß kein
Deckel (5 e) angebracht werden muß und vereinfacht deshalb
den Herstellungsprozeß. Auch für das Schmiedeverfahren ist
es vorteilhaft, daß die Kopfstücke (4, 5) den dicken
Wandabschnitt (5 f) haben. Wie auch immer das
Herstellungsverfahren aussieht, es ist wichtig, daß das
Rohr (5 g) so verarbeitet wird, daß das Auslaßkopfstück (5)
die vorbeschriebene Struktur und Form hat.
An dem Auslaßkopfstück (5) ist ein Auslaßrohr (14) über
eine Hülse (15) flüssigkeitsdicht angeschweißt. Bei dem
dargestellten Beispiel bezeichnet die Bezugsziffer (16)
einen mit Argon geschweißten Abschnitt.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, hat das außenliegende
Rohrelement (1 B) eine von den anderen Rohrelementen (1)
abweichende Struktur, da es nicht mit dem Einlaßkasten (7)
oder Auslaßkasten (8) versehen ist, sondern nur mit der
Auslaßöffnung (11), welche durch den Flansch (13) umgeben
ist. Wie schon oben beschrieben, paßt der Flansch (13) in
die Öffnung (5 g) des Auslaßkopfstückes (5), um das
Auslaßkopfstück (5) zu halten und für das Kühlmedium eine
Verbindung zwischen einem Strömungsweg (5 h) in dem
Auslaßkopfstück (5) und dem Rohrelement (1) herzustellen.
Das Auslaßkopfstück (5) ist an dem Rohrelement (1 B) in
einem Lötofen angelötet worden, und zwar mit seiner
Flachseite (5 c) bündig zur Seitenplatte (6); Der
Kopfabschnitt (5 b) liegt exzentrisch zur Achse des
Körperabschnittes (5 a), damit er in Richtung auf das
Rohrelement (1 B) ageordnet ist. Hierdurch liegt der
Kopfabschnitt (5 b) innerhalb der Flachseite (5 c) des
Auslaßkopfstückes (5). Wie am besten aus Figur (1) zu
ersehen ist, ist das Auslaßkopfstück (5) an der linken Ecke
des Kerns (3) befestigt. Die Ecke ist nach außen offen und
bildet kein Hindernis für die Befestigung des
Auslaßkopfstückes (5). Die Befestigung kann deshalb
problemlos durchgeführt werden.
Bei dem dargestellten Beispiel hat der Kopfabschnitt (5 b)
einen kreisförmigen Querschnitt. Er kann jedoch auch einen
elliptischen Querschnitt vorzugsweise mit einer vertikalen
Längsachse haben.
Das Einlaßkopfstück (4) ist an dem rechts außenliegenden
Rohrelement (1 A) in der gleichen Weise wie das
Auslaßkopfstück (5) befestigt, so daß auf eine nähere
Beschreibung der Einfachheit halber verzichtet werden kann.
Das Kühlmedium wird in den Einlaßkasten (7) des
Rohrelements (1 A) durch das Einlaßkopfstück (4) eingeführt
und zirkuliert entlang der Strömungswege (12) in jedem
Rohrelement (1), wobei das Kühlmedium in den Rohrelementen
(1) in einem U-Muster strömt und auf diese Weise den
jeweiligen Auslaßkasten (8) erreicht. Das Kühlmedium wird
dann durch die Auslaßöffnung (11) des Rohrelements (1 B)
herausgeführt. Schließlich gelangt es in das Auslaßrohr
(14) und verläßt damit den Wärmetauscher. Beim Strömen des
Kühlmediums durch die Rohrelemente (1) wird Wärme aus der
Luft absorbiert, die durch die gewellten Rippen (2) strömt.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist deutlich geworden,
daß das Einlaßkopfstück (4) und das Auslaßkopfstück (5) an
dem Wärmetauscher so befestigt sind, daß sie nicht über die
äußere Begrenzungslinie des Wärmetauschers vorstehen. Auf
diese Weise kann das Gehäuse für den Wärmetauscher klein
gehalten werden. Die Einlaß- und Auslaßkopfstücke (4, 5)
sind an den Ecken des Wärmetauschers so angebracht, daß
deren Befestigung einfach und schnell geht.
Claims (4)
1. Wärmetauscher mit einem Kern und mit Kopfstücken,
wobei der Kern eine Vielzahl von Rohrelementen und
dazwischen angeordnete , gewellte Rippen aufweist
und die Kopfstücke an den Ecken des Kerns zur
Einleitung und zum Herausleiten des Kühlmediums
aus dem Kern angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (4, 5)
jeweils einen flachen Körperabschnitt (5 a) und einen
runden Kopfabschnitt (5 b) aufweisen, der derart
exzentrisch zu dem Körperabschnitt (5 b) liegt, daß
die Kopfstücke (4, 5) an den Ecken des Kerns (3)
liegen, ohne daß deren Teile über die äußere
Umgrenzung des Wärmetauschers vorstehen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (4, 5) aus
einem Rohr mit (5g) mit rechteckigem Querschnitt und
einem dicken Wandabschnitt (5 f) gefertigt sind, wobei
der dicke Wandabschnitt (5 f) des Rohrs (5 g) in eine
runde Form expandiert ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (4, 5) aus
einem durch Schmieden tiefgezogenen, rechteckigen Rohr
(5 g) gefertigt sind, wobei das Rohr (5 g) an seinem
offenen Ende in eine runde Form expandiert ist.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das geschmiedete Rohr
(5 g) einen dicken Wandabschnitt (5 f) aufweist, wobei
der dicke Wandabschnitt (5 f) in eine runde Form
expandiert ist.
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